2025年大學《系統(tǒng)科學與工程》專業(yè)題庫——網(wǎng)絡動力學在系統(tǒng)工程中的應用研究考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每小題2分，共20分。請將正確選項字母填入括號內(nèi)）1.在圖論中，描述圖中一個節(jié)點與其他節(jié)點直接相連的邊的數(shù)量被稱為該節(jié)點的（）。A.聚類系數(shù)B.介數(shù)中心性C.度D.網(wǎng)絡直徑2.小世界網(wǎng)絡模型的主要特征是（）。A.節(jié)點度分布服從冪律分布B.平均路徑長度和聚類系數(shù)都相對較小C.網(wǎng)絡規(guī)模無限大D.每個節(jié)點都與其他所有節(jié)點直接相連3.無標度網(wǎng)絡模型中，度值分布遵循（）分布。A.正態(tài)分布B.指數(shù)分布C.泊松分布D.冪律分布4.在復雜網(wǎng)絡分析中，介數(shù)中心性較高的節(jié)點通常被稱為（）。A.聚集節(jié)點B.橋梁節(jié)點C.吸引子節(jié)點D.主導節(jié)點5.將網(wǎng)絡動力學應用于交通系統(tǒng)分析時，通常將道路視為（），車輛視為（）。A.節(jié)點，邊B.邊，節(jié)點C.節(jié)點，流量D.模型，參數(shù)6.在信息傳播網(wǎng)絡中，無標度網(wǎng)絡結構有利于（）。A.信息快速隨機擴散B.信息在特定小團體內(nèi)傳播C.信息傳播的阻尼D.抑制謠言的傳播7.系統(tǒng)工程強調(diào)的系統(tǒng)特性不包括（）。A.整體性B.突變性C.相關性D.目的性8.網(wǎng)絡動力學視角下的系統(tǒng)工程，其關注重點在于（）。A.系統(tǒng)的靜態(tài)組成B.系統(tǒng)各元素間的相互作用與關系C.系統(tǒng)的線性因果關系D.系統(tǒng)的單點最優(yōu)性能9.隨機網(wǎng)絡模型（如ER模型）假設網(wǎng)絡中任意兩個節(jié)點以（）的概率相連。A.固定概率pB.與節(jié)點度成正比C.與節(jié)點度成反比D.010.在供應鏈網(wǎng)絡中，關鍵供應商或分銷商通常具有（）的網(wǎng)絡特征。A.度低B.介數(shù)中心性低C.聚類系數(shù)高D.介數(shù)中心性高二、填空題（每空2分，共20分。請將答案填入橫線上）1.描述一個節(jié)點與其鄰居節(jié)點之間連接緊密程度的網(wǎng)絡指標是__________。2.網(wǎng)絡直徑是指網(wǎng)絡中任意兩個節(jié)點之間的最大__________長度。3.系統(tǒng)工程中，網(wǎng)絡動力學常用于分析系統(tǒng)的__________、魯棒性和可控制性等問題。4.Watts-Strogatz模型通過引入__________機制，使規(guī)則網(wǎng)絡轉變?yōu)樾∈澜缇W(wǎng)絡。5.Barabási-Albert模型通過引入__________機制，使網(wǎng)絡演化出無標度特性。6.網(wǎng)絡的拓撲結構決定了系統(tǒng)信息的傳播路徑和__________。7.在社會網(wǎng)絡分析中，度中心性可以反映個體在網(wǎng)絡中的__________程度。8.系統(tǒng)工程的目標是實現(xiàn)系統(tǒng)整體效益的__________，而非局部最優(yōu)。9.網(wǎng)絡的控制問題研究如何通過選擇少數(shù)節(jié)點，使整個網(wǎng)絡的動態(tài)行為按期望方式改變。10.將網(wǎng)絡動力學應用于疾病傳播研究時，節(jié)點通常代表__________，邊代表感染途徑。三、簡答題（每小題5分，共20分）1.簡述隨機網(wǎng)絡模型（ER模型）的基本假設及其適用場景。2.簡述小世界網(wǎng)絡模型的主要特征及其在系統(tǒng)工程中的一個潛在應用。3.簡述無標度網(wǎng)絡模型的主要特征及其在描述現(xiàn)實世界復雜系統(tǒng)結構上的優(yōu)勢。4.簡述網(wǎng)絡動力學視角如何豐富系統(tǒng)工程對復雜系統(tǒng)結構-功能關系的理解。四、論述題（每小題10分，共30分）1.論述網(wǎng)絡動力學中的關鍵節(jié)點（Hub節(jié)點）識別方法及其在提升復雜系統(tǒng)韌性的應用價值。2.結合一個具體的系統(tǒng)工程領域（如公共安全、城市管理等），論述網(wǎng)絡動力學分析方法在該領域應用面臨的挑戰(zhàn)及可能的應對策略。3.試述基于網(wǎng)絡動力學思想，系統(tǒng)工程師可以如何分析和優(yōu)化一個開放復雜系統(tǒng)的結構，以促進信息或資源的有效流動。---試卷答案一、選擇題1.C2.B3.D4.D5.B6.D7.B8.B9.A10.D二、填空題1.聚類系數(shù)2.路徑3.行為模式4.重連（或“隨機重連”）5.附著（或“優(yōu)先連接”）6.效率7.影響力（或“中心性”）8.最優(yōu)9.穩(wěn)定性（或“可控性”）10.個體（或“節(jié)點”）三、簡答題1.簡述隨機網(wǎng)絡模型（ER模型）的基本假設及其適用場景。解析思路：隨機網(wǎng)絡模型（由Erdo?du和Reed提出）假設在一個包含N個節(jié)點的網(wǎng)絡中，任意兩個節(jié)點以相同的固定概率p相連。其核心假設是節(jié)點間的連接是隨機發(fā)生的。適用場景主要是當系統(tǒng)規(guī)模很大時，節(jié)點間的連接模式趨于隨機，或者當系統(tǒng)處于早期演化階段，連接尚未形成明顯偏好時。例如，可以用于模擬大型社交網(wǎng)絡中熟人關系之外的弱連接，或某些工業(yè)系統(tǒng)中設備間的隨機通信鏈路。2.簡述小世界網(wǎng)絡模型的主要特征及其在系統(tǒng)工程中的一個潛在應用。解析思路：小世界網(wǎng)絡模型（由Watts和Strogatz提出）的主要特征是它同時具有高聚類系數(shù)（局部緊密連接）和低平均路徑長度（節(jié)點間距離短）。這意味著網(wǎng)絡雖然看起來是分隔的局部集群，但信息或影響可以快速傳播。在系統(tǒng)工程中，一個潛在應用是分析信息傳播或資源流動的網(wǎng)絡。例如，在應急響應系統(tǒng)中，小世界特性表明即使系統(tǒng)被部分隔離，信息（如警報）也能相對快速地擴散到整個網(wǎng)絡，有助于提高系統(tǒng)的響應效率。3.簡述無標度網(wǎng)絡模型的主要特征及其在描述現(xiàn)實世界復雜系統(tǒng)結構上的優(yōu)勢。解析思路：無標度網(wǎng)絡模型（由Barabási和Albert提出）的主要特征是其度分布遵循冪律分布（P(k)~k^-γ，γ為常數(shù)），即網(wǎng)絡中存在少量度值極高的節(jié)點（Hub節(jié)點），而大多數(shù)節(jié)點的度值較低。優(yōu)勢在于它能很好地描述許多現(xiàn)實世界復雜系統(tǒng)（如互聯(lián)網(wǎng)、蛋白質(zhì)相互作用網(wǎng)絡、城市交通網(wǎng)絡）的結構特征，特別是那些表現(xiàn)出“富者愈富”現(xiàn)象的系統(tǒng)。這種結構使得網(wǎng)絡對隨機攻擊具有較強的魯棒性，但對針對性攻擊（攻擊Hub節(jié)點）卻非常脆弱。4.簡述網(wǎng)絡動力學視角如何豐富系統(tǒng)工程對復雜系統(tǒng)結構-功能關系的理解。解析思路：網(wǎng)絡動力學視角強調(diào)了系統(tǒng)的結構（節(jié)點和連接方式）與其動態(tài)行為（如信息傳播速度、疾病擴散范圍、意見形成過程）之間的密切聯(lián)系。它豐富了系統(tǒng)工程對結構-功能關系的理解，主要體現(xiàn)在：1）功能可以看作是網(wǎng)絡結構在特定動態(tài)過程下的涌現(xiàn)屬性；2）通過分析網(wǎng)絡結構，可以預測和調(diào)控系統(tǒng)的功能表現(xiàn)；3）不同的網(wǎng)絡結構可能導致相同的系統(tǒng)目標，但系統(tǒng)的性能（如效率、魯棒性）可能差異巨大；4）關注節(jié)點間的相互作用而非孤立的元素，更能揭示系統(tǒng)的整體行為和脆弱點。四、論述題1.論述網(wǎng)絡動力學中的關鍵節(jié)點（Hub節(jié)點）識別方法及其在提升復雜系統(tǒng)韌性的應用價值。解析思路：識別關鍵節(jié)點（特別是Hub節(jié)點）是網(wǎng)絡動力學的重要應用。常用方法包括：1）度中心性：尋找度值最高的節(jié)點；2）介數(shù)中心性：尋找位于網(wǎng)絡中最短路徑上的節(jié)點；3）緊密度中心性：尋找其鄰居節(jié)點間連接最緊密的節(jié)點。這些方法各有側重，實踐中常結合使用。在提升復雜系統(tǒng)韌性方面，應用價值體現(xiàn)在：1）風險管理：識別并保護關鍵節(jié)點，可以降低系統(tǒng)因少數(shù)節(jié)點失效而崩潰的風險；2）資源優(yōu)化：將關鍵資源優(yōu)先配置給關鍵節(jié)點，可以最大化系統(tǒng)整體效能；3）應急響應：在危機時刻，優(yōu)先確保關鍵節(jié)點的運行，有助于維持系統(tǒng)的核心功能；4）控制策略：通過調(diào)控或移除關鍵節(jié)點，可以有效地改變或抑制系統(tǒng)的特定動態(tài)行為（如信息傳播、疾病擴散）。2.結合一個具體的系統(tǒng)工程領域（如公共安全、城市管理等），論述網(wǎng)絡動力學分析方法在該領域應用面臨的挑戰(zhàn)及可能的應對策略。解析思路：以城市交通系統(tǒng)為例。應用網(wǎng)絡動力學分析交通流量、擁堵傳播、事故影響等。面臨的挑戰(zhàn)包括：1）數(shù)據(jù)獲取與處理的難度：實時、準確的交通流數(shù)據(jù)（車輛位置、速度、路線）獲取成本高，數(shù)據(jù)量巨大；2）模型簡化與現(xiàn)實的差距：簡化模型可能無法捕捉城市交通的復雜性（如交叉口、信號燈、突發(fā)事件）；3）動態(tài)性與預測性：交通網(wǎng)絡是高度動態(tài)的，準確預測長期或突發(fā)情況下的交通狀態(tài)非常困難?？赡艿膽獙Σ呗裕?）多源數(shù)據(jù)融合：整合GPS數(shù)據(jù)、傳感器數(shù)據(jù)、社交媒體信息等；2）發(fā)展混合模型：結合基于代理的模型（Agent-BasedModeling）和圖論模型；3）強化實時分析與仿真：利用大數(shù)據(jù)和人工智能技術進行實時交通態(tài)勢感知和預測；4）加強網(wǎng)絡魯棒性設計：識別關鍵路段或交叉口，進行優(yōu)化設計或建立備用路線。3.試述基于網(wǎng)絡動力學思想，系統(tǒng)工程師可以如何分析和優(yōu)化一個開放復雜系統(tǒng)的結構，以促進信息或資源的有效流動。解析思路：分析和優(yōu)化開放復雜系統(tǒng)（如供應鏈、知識共享平臺）的結構以促進信息或資源流動，可以從網(wǎng)絡動力學角度出發(fā)：1）結構分析：首先，對現(xiàn)有系統(tǒng)的網(wǎng)絡拓撲進行測繪，識別核心節(jié)點、連接模式（密度、聚類性、中心性分布），分析信息/資源流動的路徑和效率。識別瓶頸節(jié)點（信息積壓點或資源短缺點）和冗余路徑。2）需求識別：明確需要促進的信息/資源類型及其流動目標（速度、范圍、質(zhì)量）。3）結構優(yōu)化策略：根據(jù)分析結果和目標，采取相應策略：a)增強連接：加強關鍵節(jié)點間的連接（降低路徑長度），或增加網(wǎng)絡密度（提供更多替代路徑）；b)識別與強化Hub節(jié)點：發(fā)現(xiàn)并